DE2939506A1 - DEVICE FOR ISOTOPE SELECTIVE RADIATION OF ISOTOPE MIXTURES - Google Patents

Description

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KRAFTWERK UNION AKTIENGESELLSCHAFT Unser ZeichenKRAFTWERK UNION AKTIENGESELLSCHAFT Our mark

79 P 9 3 5 6 BRD79 P 9 3 5 6 FRG

Vorrichtung zur isotopenselektiven Bestrahlung von Isotopengemischen Device for isotope-selective irradiation of isotope mixtures

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur isotopenselektiven Bestrahlung und adiabatischen Entspannung von gasförmigen Isotopengemischen, die auch mit Zusatzgasen aktiver oder neutraler Art versetzt sein können, mit einer auf eine entsprechende Frequenz abgestimmten kohärenten elektromagnetischen Strahlungsquelle, vorzugsweise eines Lasers zwecks Anreicherung des einen Isotopes in der Isotopenmischung. Mit einer solchen Vorrichtung zur isotopenspezifischen Anregung lassen sich verschiedene an sich bekannte Anreicherungsverfahren durchführen. Besonders interessant ist dabei aus heutiger Sicht gesehen die Anreicherung des Uranisotopes 235 "bis auf einen Gehalt von etwa 3 - 4 % gegenüber einem natürlichen Anteil von nur 0,7 %,als Ausgangsmaterial für die Herstellung von KernbrennstoffenThe present invention relates to a device for isotope-selective irradiation and adiabatic relaxation of gaseous isotope mixtures, which can also be mixed with additional gases of an active or neutral type, with a coherent electromagnetic radiation source tuned to a corresponding frequency, preferably a laser for the purpose of enriching one isotope in the isotope mixture . With such a device for isotope-specific excitation, various enrichment processes known per se can be carried out. From today's point of view, the enrichment of the uranium isotope 235 "up to a content of about 3 - 4 % compared to a natural content of only 0.7 %, as a starting material for the production of nuclear fuels, is particularly interesting

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für Kernkraftwerke. Viele der bisher bekannt gewordenen Vorschläge laufen darauf hinaus, ein Uranisotop bzw. dessen Verbindung als UFg durch Laseranregung in einen höher angeregten, also energiereicheren Zustand zu bringen und dadurch in die Lage zu versetzen, bevorzugt mit einem Reaktionspartner eine chemische Reaktion einzugehen und die daraus entspringenden Reaktionsprodukte aus dem ursprünglichen Gasgemisch, z.B. durch physikalische Mittel abzutrennen. Es hat sich dabei besonders vorteilhaft herausgestellt, das zuzuführende gasförmige Isotopengemisch durch adiabatische Entspannung sehr stark abzukühlen, beispielsweise auf 30 - 50 K, da auf diese Weise eine klare Trennung der Spektren um die Isotopieverschiebung, besonders in den Q-Zweigen des UFg auftritt. Dies wiederum ermöglicht eine selektive Erfassung nur der einen Isotopenverbindung mit Hilfe eines Laserstrahles, dessen Frequenz dementsprechend eingestellt wird.for nuclear power plants. Many of the ones that have become known so far Proposals boil down to a uranium isotope or its connection as a UFg by laser excitation in a To bring a higher excited, i.e. more energetic, state and thereby enable it, is preferred enter into a chemical reaction with a reaction partner and the resulting reaction products separated from the original gas mixture, e.g. by physical means. It has turned out to be special shown advantageous, the supplied gaseous isotope mixture by adiabatic relaxation to cool down very strongly, for example to 30 - 50 K, as in this way a clear separation of the spectra around the Isotope shift, especially in the Q branches of the UFg occurs. This in turn enables selective detection of only one isotope compound with the aid of one Laser beam, the frequency of which is adjusted accordingly.

Zur weiteren Erläuterung eines derartigen Isotopentrenn- bzw. Anreicherungsverfahrens sei auf die deutsche Patentanmeldung P 24 47 762 verwiesen.For a further explanation of such an isotope separation or enrichment process, refer to the German Patent application P 24 47 762 referenced.

Neben diesen durch Laseranregung ermöglichten chemischen Reaktionen besteht aber auch die Möglichkeit, die Entspannungsbedingungen so zu wählen, da6 im Gasstrahl Kondensation eintritt und die 235 UFg-Moleküle durch isotopenspezifische Laseranregung an einer solchen bzw. einer Anlagerung an kondensierende oder bereits konden-In addition to these chemical reactions made possible by laser excitation, there is also the possibility of adjusting the relaxation conditions to be chosen so that condensation occurs in the gas jet and the 235 UFg molecules pass through isotope-specific laser excitation on such or an accumulation on condensing or already condensing

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sierte Teilchen zu hindern. Der damit entstehende große Massenunterschied zwischen den im ursprünglichen Gasstrahl unveränderten bzw. entstehenden Teilchen kann dann zur Trennung derselben auf physikalischem Wege ausgenützt werden, wie es z.B. in den deutschen Patentanmeldungen P 26 59 590 und P 2P 4g 162 vorgeschlagen wird.to prevent ized particles. The resulting large difference in mass between those in the original The gas jet of unchanged or emerging particles can then be used to separate them physically can be used, as suggested, for example, in German patent applications P 26 59 590 and P 2P 4g 162 will.

Bei beiden prinzipiellen Verfahren ist eine adiabatische Abkühlung der gasförmigen Ausgangsstoffe, also beispielsweise des UFg notwendig. Die dazu notwendigen Düsen müssen eine sehr starke Entspannung bewirken, damit die Bestrahlung des Isotopengemisches zur isotopenspezifischen Anregung noch vor der Kondensation des UFg durchgeführt werden kann. Dies wird durch Uberschalldüsen erreicht, die in ihrem kleinsten Querschnitt sehr eng sind, sich dann stark erweitern und dem Gasstrahl möglichst stoßfrei die gewünschte Form geben. Nachteilig ist dabei die Ausbildung einer Grenzschicht an den Düsenwandungen, da die durch Reibung und Wärmezufluß aus der Wandung erzeugte Temperaturerhöhung die Selektivität des angestrebten Prozesses verringert und außerdem die Druckrückgewinnung in nachgeschalteten Diffusoren ungünstig beeinflußt.In both basic processes, an adiabatic cooling of the gaseous starting materials is necessary, for example of the UFg necessary. The nozzles required for this must cause a very strong relaxation so that the Irradiation of the isotope mixture for isotope-specific excitation before the UFg condenses can be carried out. This is achieved by supersonic nozzles, which in their smallest cross-section are very are narrow, then expand greatly and give the gas jet the desired shape as smoothly as possible. Disadvantageous is the formation of a boundary layer on the nozzle walls, because the friction and heat flow from the Wall generated temperature increase reduces the selectivity of the desired process and also the Pressure recovery in downstream diffusers adversely affected.

Zur Verringerung dieser nachteiligen Effekte ist schon vorgeschlagen worden, die Grenzschicht abzusaugen, siehe die deutsche Patentanmeldung P 28 10 444 oder die Düsenwandung wärmemäßig zu isolieren bzw. zusätzlich zu kühlen, wie es in der deutschen Patentanmeldung P 28 05 958 vorgeschlagen wird. Auch die Parallelschaltung vieler kurzer Schlitzdüsen mit zwischenge-To reduce these adverse effects, it has already been proposed to suck off the boundary layer, see the German patent application P 28 10 444 or to insulate the nozzle wall thermally or in addition to cool, as proposed in German patent application P 28 05 958. Also the parallel connection many short slot nozzles with intermediate

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schalteten neutralen Gasschichten, wie sie in der deutschen Patentanmeldung P 29 23 811 vorgeschlagen wird, zielt in diese Richtung.switched neutral gas layers, as proposed in German patent application P 29 23 811 is aimed in this direction.

Alle diese Vorschläge sind mit einem größeren technischen Aufwand verbunden, ,«""> daß sich die Aufgabe stellte, eine Vorrichtung zur adiabatischen Entspannung und anschließenden Bestrahlung zu konzipieren, die im mechanischen Aufbau relativ einfach ist und in der zu bestrahlenden Gasströmung nur einen kleinen Grenzschichtanteil aufweist. Gleichzeitig sollte mit einer solchen Vorrichtung ein hoher Gasdurchsatz bei Vermeidung ruhender Gasschichten möglich sein.All of these suggestions are associated with greater technical effort,, «" "> that the task arose, a device for adiabatic relaxation and subsequent irradiation, which is relatively simple in mechanical structure and in the to be irradiated gas flow has only a small portion of the boundary layer. At the same time should be with a such a device a high gas throughput while avoiding static gas layers be possible.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Vorrichtung gelöst, die aus einer Vielzahl auf einer gedachten Zylinderfläche achsparallel zueinander angeordneter Schlitzdüsen besteht, die in einem Gehäuse mit einer zentralen Gaseintrittsöffnung und wenigstens einer Gasaustrittsöffnung konzentrisch zu einer durch ein Strahlenfenster eintretenden, einen Zylindermantel um die Schlitzdüsen bildenden Strahlungsbereich angeordnet ist und wiederum konzentrisch dazu eine Vielzahl von Diffusoren vorgesehen ist. Es handelt sich also um eine konzentrische Anordnung von Düsen und Diffusoren, wobei in dem ringförmigen Spalt zwischen beiden die Bestrahlung des durchströmenden Gasgemisches stattfindet. Zur näheren Veranschaulichung dieses Vorrichtungsprinzips werden nachfolgend anhand der Figuren 1 bis 10 zwei Konstruktionsvarianten beschrieben, vonAccording to the invention, this object is achieved by a device that consists of a plurality on one imaginary Cylinder surface is axially parallel to each other arranged slot nozzles in a housing with a central gas inlet opening and at least one gas outlet opening concentric to one through a radiation window entering, a cylinder jacket around the slot nozzles forming radiation area arranged is and in turn a plurality of diffusers is provided concentrically therewith. So it is around a concentric arrangement of nozzles and diffusers, being in the annular gap between the two the irradiation of the gas mixture flowing through takes place. For a more detailed illustration of this device principle are described below with reference to Figures 1 to 10, two design variants of

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denen die erste geeignet ist, zur Isotopentrennung mit Hilfe eines chemischen Prozesses, die zweite jedoch zur Isotopentrennung aufgrund der eingangs beschriebenen Massenunterschiede zwischen kondensierten und nichtkondensierten Teilchen. Beiden Vorrichtungsvarianten ist dabei die Ausbildung der Schlitzdüsen gemeinsam.where the first is suitable for isotope separation with the help of a chemical process, but the second for isotope separation due to the mass differences between condensed and uncondensed particles. The design of the slot nozzles is the design of both device variants together.

Die erste Vorrichtungsvariante ist in Fig. 1 im Querschnitt,in Fig. 2 im Längsschnitt dargestellt. Einzelheiten zeigen die Fig. 4-6. Diese Vorrichtung ist geeignet zur Durchführung einer Isotopentrennung, z.B. mit UFg nach dem Prinzip einer selektiven chemischen Reaktion mit einem der gleichzeitig mit dem Isotopengemisch zugeführten Zusatzgase. Für die adiabatische Entspannung dieses Gasgemisches sind eine Vielzahl von langen Schlitzdüsen 2 vorgesehen, die entsprechend Fig. 1 und 2 kreisförmig angeordnet sind. Aus Fertigungsgründen werden die Düsen, wie in Fig. 2 dargestellt, in kürzeren Abschnitten 1 hergestellt und dann mit Hilfe der Zentrierringe 25 und Paßstifte 26 gegenseitig zentriert und im Gehäuse 16 über den Sockel 18 und das SpannJoch 19 gehaltert. Über eine zentrale Schraube 12 wird diese starre Halterung erreicht, wobei über einen zentralen Stutzen 20 die Zufuhr des Gasgemisches in den Innenraum des Düseneinsatzes vorgesehen ist. Ein Querschnitt durch eine einzelne Düse ist in Fig. 4 dargestellt. Bei diesem Düsenaufbau durchsetzt das Gasgemisch die von den Düsenwandprofilen 1 gebildeten achsparallelen Schlitzdüsen 2 radial und kühltThe first variant of the device is shown in FIG. 1 in cross section, in Fig. 2 shown in longitudinal section. Figures 4-6 show details. This device is suitable to carry out an isotope separation, e.g. with UFg according to the principle of a selective chemical Reaction with one of the additional gases fed in at the same time as the isotope mixture. For the adiabatic Relaxation of this gas mixture, a plurality of long slot nozzles 2 are provided, which accordingly Fig. 1 and 2 are arranged in a circle. For manufacturing reasons, the nozzles, as shown in Fig. 2, produced in shorter sections 1 and then with the help of the centering rings 25 and dowel pins 26 mutually centered and held in the housing 16 via the base 18 and the clamping yoke 19. Via a central Screw 12, this rigid holder is achieved, with the supply of the gas mixture via a central connector 20 is provided in the interior of the nozzle insert. A cross section through a single nozzle is in Fig. 4 shown. In this nozzle structure, the gas mixture penetrates the nozzle wall profiles 1 axially parallel slot nozzles 2 radially and cools

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sich dabei in der gewünschten Weise ab. Düsenform und Düsenprofilbegrenzungsradius sind so aufeinander abgestimmt, daß der beim Zusammentreffen benachbarter Gasstrahlen normalerweise auftretende Verdichtungsstoß weitgehend vermieden wird. Dies ist bei verkürzten Parallelstrahldüsen der FaI", wenn der Austrittswinkel des Gasstrahles, siehe Fig. 4, gegen die Düsenachse X gleich dem halben Teilungswinkel 3 der Düsenanordnung ist. Die bei verkürzten engen Düsen sehr dünnen Grenzschichten werden nach dem Austritt durch den ungestörten Gasstrom beschleunigt und gekühlt. Dadurch tritt außerdem noch eine Homogenisierung ein, die sich bei der selektiven Anregung durch den Laserstrahl und beim anschließenden Druckrückgewinn günstig auswirkt. Der Ringraum um diese zylinderförmige Düseneinheit stellt den Bestrahlungsraum dar, dazu ist die Stirnseite der Vorrichtung mit einem Fenster 13 und einem entsprechenden Fassungsring 17 gasdicht abgeschlossen, Die eigentliche Bestrahlungseinrichtung, also beispielsweise ein Laser, ist nicht dargestellt, sie erzeugt einen Laserstrahl von ringförmigem Querschnitt, der, wie dargestellt, den Bestrahlungsraum durchsetzt und am Ende desselben über einen dort eingesetzten Spiegel 14 wieder reflektiert wird. Dieser Spiegel 14 kann auch aus einer Vielzahl von Spiegelelementen aufgebaut sein oder Facetten besitzen, so daß damit ein Hin- und Herreflektieren des einlaufenden Laserstrahles und somit eine verbesserte Ausnutzung desselben für die Anregung erzielt werden kann.from doing so in the desired way. The shape of the nozzle and the radius of the nozzle profile are matched to one another so that that the compression shock normally occurring when adjacent gas jets meet to a large extent is avoided. This is the case with shortened parallel jet nozzles if the exit angle of the Gas jet, see Fig. 4, against the nozzle axis X is equal to half the pitch angle 3 of the nozzle arrangement. the in the case of shortened, narrow nozzles, very thin boundary layers are created after the exit by the undisturbed gas flow accelerated and cooled. As a result, there is also a homogenization, which is evident in the case of the selective Excitation by the laser beam and the subsequent pressure recovery has a beneficial effect. The annulus around this Cylindrical nozzle unit represents the irradiation room, for this purpose the front side of the device is with a window 13 and a corresponding mounting ring 17 sealed gas-tight, the actual irradiation device, For example, a laser is not shown, it generates a laser beam of annular cross-section, which, as shown, penetrates the irradiation room and at the end of the same is reflected again via a mirror 14 inserted there. This mirror 14 can also be selected from a variety be built up by mirror elements or have facets, so that there is a back and forth reflection of the incoming laser beam and thus an improved utilization of the same for the excitation achieved can be.

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Dieser Bestrahlungsraum wird wiederum umgeben von einer Vielzahl übereinander angeordneter ringförmiger Schlitzdiffusoren 5, die entsprechend Fig. 5 aus einzelnen Ringelementen 3.aufgebaut sind und über Blattfedern 4 sowie starre Zwischenkörper 31 auf ihren Jeweiligen Sollabstand gehalten werden. Je zwei Ringe 3 bilden einen Diffusorkanal, der vom Eintritt her sich zunächst verengt, wobei der Druck ansteigt. In der Engstelle sinkt die Geschwindigkeit auf oder unter Schallgeschwindigkeit, anschließend erweitert sich der Diffusorkanal wieder. Die Eintrittskanten der Ringe sind scharfkantig ausgebildet. Da ein starrer Diffusor wegen des ungünstigen Anfahrverhaltens bekanntlich nicht auf maximale Druckrückgewinnung dimensioniert werden kann, ist der Abstand zwischen den Ringen in Grenzen einstellbar. Dies geschieht über die Druckplatte 8, die über Zuganker 7 mit der unteren Zugplatte 9 verbunden ist, die wiederum über die Mutter 6 gegenüber dem Gehäuse verstellbar ist. Die Verstellbarkeit ist begrenzt durch die Abstandskörper 31, die gleichzeitig auch die Blattfedern 4, die zunächst einen größeren Abstand der Ringe 3 aufrechterhalten, vor einer zu großen Verformung schützen. Beim Anfahren des Diffusors, also zu Beginn des Anreicherungsprozesses, werden nach Fig. 6 die Einzelringe 3 durch die Blattfedern 4 auf einen größeren gegenseitigen Abstand eingestellt. Das Verhältnis vom Querschnitt der Kanalengstelle F2 zur Kanaleintrittsfläche F1 ist dann so groß, daß der Diffusor anläuft, d.h. F2/F1 ungefähr 0,7. Wenn der Diffusor angelaufen ist, werden die Ringabstände der Diffusorscheiben 3This irradiation room is in turn surrounded by a large number of ring-shaped ones arranged one above the other Slot diffusers 5, which are built up from individual ring elements 3 according to FIG. 5 and via leaf springs 4 and rigid intermediate bodies 31 are kept at their respective nominal distance. Form two rings 3 each a diffuser channel, which initially narrows from the inlet, whereby the pressure increases. In the bottleneck If the speed drops to or below the speed of sound, the diffuser channel then widens again. The leading edges of the rings are sharp-edged. As a rigid diffuser because of the It is known that unfavorable start-up behavior cannot be dimensioned for maximum pressure recovery, the distance between the rings can be adjusted within limits. This is done via the pressure plate 8, which is about Tie rod 7 is connected to the lower tension plate 9, which in turn is via the nut 6 opposite the housing is adjustable. The adjustability is limited by the spacer body 31, which at the same time also the Leaf springs 4, which initially maintain a greater distance between the rings 3, before too large Protect deformation. When the diffuser is started up, that is to say at the beginning of the enrichment process, according to FIG. 6 the Individual rings 3 set by the leaf springs 4 to a greater mutual distance. The ratio of The cross-section of the channel constriction F2 to the channel inlet surface F1 is then so large that the diffuser starts running, i.e. F2 / F1 about 0.7. When the diffuser has started, the ring spacing of the diffuser discs 3

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durch Anziehen der Mutter 6 auf etwa den Wert mit maximalem Druckrückgewinn verengt. Das Verhältnis F2 : F1 ist dann ca. 0,5. Die geeignetsten Verhältnisse F2 : F1 werden für die jeweilige Diffusoranordnung am besten experimentell bestimmt.narrowed by tightening the nut 6 to approximately the value with maximum pressure recovery. The relationship F2: F1 is then approx. 0.5. The most suitable ratios F2: F1 are for the respective diffuser arrangement best determined experimentally.

Die Zugstäbe 7 dienen dabei nicht nur der Einstellung des Abstandes der einzelnen Diffusorringe 3, sie bilden vielmehr mit den bereits erwähnten Endringen 8 und 9 auch einen Käfig zur radialen Führung der Diffusorteile. Zur Vermeidung von Gleitdichtungen zwischen den relativ zueinander verschiebbaren Teilen 18 und 7 sind Federbälge 10 vorgesehen.The tension rods 7 not only serve to adjust the distance between the individual diffuser rings 3, they rather, together with the end rings 8 and 9 already mentioned, they also form a cage for the radial guidance of the diffuser parts. To avoid sliding seals between the parts 18 and 7 which can be moved relative to one another spring bellows 10 are provided.

Das die Diffusoren 5 verlassende, teilweise umgewandelte Isotopengemisch sammelt sich im Ringraum außerhalb desselben im Gehäuse 16 und strömt über den Stutzen 11 ab. Von dort gelangt es in eine der bekannten nichtdargestellten Einrichtungen, in der die Trennung der verschiedenen chemischen Komponenten, wie z.B. UFg, UF= sowie Zusatzgas z.B. Wasserstoff oder Argon, vorgenommen wird. Diese Vorgänge sind unter anderem dem eingangs genannten Stand der Technik zu entnehmen, so daß hier auf eine Wiederholung dieser bekannten Verfahrensabläufe verzichtet werden kann.The partially converted isotope mixture leaving the diffusers 5 collects in the annular space outside the same in the housing 16 and flows off via the connecting piece 11. From there it gets into one of the well-known not shown Bodies in which the separation of the various chemical components, such as UFg, UF = as well as additional gas e.g. hydrogen or argon. These operations include the Above mentioned prior art can be found, so that here on a repetition of these known procedures can be dispensed with.

Dieses in Fig. 2 dargestellte Konstruktionsprinzip kann selbstverständlich auch abgewandelt werden. Eine solche Möglichkeit ist in Fig. 3 dargestellt, hier verlaufen die Diffusorspalte nicht senkrecht zur Symmetrieachse, sondern parallel dazu. Der Querschnitt der einzelnenThis construction principle shown in FIG. 2 can of course also be modified. Such The possibility is shown in Fig. 3, here the diffuser gaps are not perpendicular to the axis of symmetry, but parallel to it. The cross section of each

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Diffusorelemente 32 entspricht dabei etwa jenem der Elemente 3 nach Fig. 5. Sie sind an den Konusflächen 82 und 83 der Druckplatte 81 bzw. des Sockels 18 in Rillen entlang der Mantellinien derselben gelagert und sind dabei dadurch über die Bewegung der Mutter 6 in ihrem gegenseitigen azimutalen Abstand einstellbar, was, wie bereits erwähnt, für das Anfahren des Diffusors wichtig ist. Zungenfedern 84 oder andere wirkungsgleiche Bauteile sorgen dafür, daß die Elemente 32 stets im Eingriff mit den Rillen auf den Flächen 82 und 83 bleiben. Zusätzliche Bauelemente, die für die Sicherstellung einer genauen Parallelverschiebung der Diffusorelemente 32 zweckmäßig sind, sind aus Ubersichtlichkeitsgründen nicht dargestellt, da sie für das Wesen der vorliegenden Erfindung ohne Bedeutung sind.Diffuser elements 32 corresponds approximately to that of Elements 3 according to FIG. 5. They are on the conical surfaces 82 and 83 of the pressure plate 81 and the base 18 in grooves stored along the surface lines of the same and are thereby through the movement of the nut 6 in their mutual azimuthal distance adjustable, which, as already mentioned, for approaching the diffuser important is. Tongue springs 84 or other equivalent functions Components ensure that the elements 32 always engage the grooves on the surfaces 82 and 83 stay. Additional components that ensure an exact parallel displacement of the diffuser elements 32 are useful, are not shown for reasons of clarity, since they are for the essence of the present invention are irrelevant.

Die in den Fig. 7 und 8 im Querschnitt bzw. im Längsschnitt dargestellte Vorrichtungsvariante ermöglicht eine Isotopentrennung bzw. Anreicherung über eine selektive Kondensation und Abtrennung der angereicherten bzw. abgereicherten Anteile des die Bestrahlungszone verlassenden Gasgemisches aufgrund der Massenunterschiede. Eine chemische Umwandlung der zugeführten Stoffe findet also nicht statt. Das Funktionsprinzip dieses Trennverfahrens ist ebenfalls eingangs im genannten Stand der Technik (Patentanmeldung P 28 49 162) beschrieben. Die dort beschriebene Diffusoranordnung zur Ablenkung der Gasströmung wird auch in dieser Vorrichtungsvariante benützt. Sie umgibt in kreisförmiger Anordnung die Entspannungsdüsen 2 sowie den Bestrahlungsraum. Diese kreisförmige Diffusoranordnung besteht aus Einzelelementen 52, die nach Fig.The device variant shown in FIGS. 7 and 8 in cross section or in longitudinal section enables an isotope separation or enrichment via a selective condensation and separation of the enriched or depleted portions of the gas mixture leaving the irradiation zone due to the Mass differences. A chemical conversion of the supplied substances does not take place. The principle of operation this separation process is also mentioned at the beginning of the prior art (patent application P 28 49 162). The diffuser arrangement described there for deflecting the gas flow is also used in this device variant. It surrounds the expansion nozzles 2 in a circular arrangement as well as the radiation room. This circular diffuser arrangement consists of individual elements 52, which are shown in FIG.

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mit Abständen aneinander gereiht und durch Bandagen zusammengehalten sind. Die abstandshaltenden Elemente können dabei als Einzelteile eingesetzt oder auch in die Körper 52 integriert sein. Sie sind so bemessen, daß der Gasstrom mit den schwereren Teilchen aus den IL.amen 54 zwischen den einzelnen Elementen 52 ungehindert in den Sammelraum, der vom Gehäuse 19 umschlossen wird, austreten kann. An diesem Gehäuse ist ein Stutzen 23 vorgesehen, über den diese Stoffgemischteile, die amare lined up at intervals and held together by bandages. The spacing elements can be used as individual parts or integrated into the body 52. They are sized so that the gas flow with the heavier particles from the IL. Amen 54 between the individual elements 52 can escape unhindered into the collecting space which is enclosed by the housing 19. A connector 23 is provided on this housing, via which these substance mixture parts, which are on the

-jQ angeregten Isotop abgereichert sind, abgeführt werden können. Die von den Wänden der Einzelteile 52 gebildeten und zu dem geschilderten Sammelraum hin geschlossenen Räume 53 führen das am angeregten Isotop angereicherte Stoffgemisch an die beiden axialen Enden und über entsprechende öffnungen im Gehäuse 24 zu den Abführungskanälen und Stutzen 21 und 22, an denen Sammelbehälter in nichtdargestellter Weise für das angereicherte Stoffgern!sch angeschlossen sind.-jQ excited isotope are depleted, are discharged can. The formed by the walls of the individual parts 52 and closed to the described collecting space Spaces 53 lead the mixture of substances enriched in the excited isotope to the two axial ends and via corresponding openings in the housing 24 to the discharge channels and nozzles 21 and 22, at which Collecting containers are connected in a manner not shown for the enriched Stoffgern! Sch.

Da der mit dieser Vorrichtung zu erzielende physikalische Trenneffekt zwischen leichteren und schwereren Anteilen der den Bestrahlungsraum verlassenden Gasströmung ganz wesentlich von der Ablenkungsrichtung durch die Einzelelemente 52 abhängt, muß deren Anstellwinkel gegenüber der vom Zentrum der Düseneinheit ausgehenden Radialstrahlen experimentell an Einzelmodellen festgelegt werden. Das gleiche gilt auch für die Ausbildung der schneidenartigen Kanten 56, die den Austrittsdüsen 2 jeweils gegenüber stehen.Because the physical separation effect to be achieved with this device between lighter and heavier parts of the gas flow leaving the irradiation room depends largely on the direction of deflection by the individual elements 52 depends, the angle of attack must be relative to the radial jets emanating from the center of the nozzle unit can be determined experimentally on individual models. The same goes for the training of the blade-like edges 56 which face the outlet nozzles 2 in each case.

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Diese Vorrichtung kann auch entsprechend Fig. 9 und 10 so abgewandelt werden, daß die Ablenkungskanten 56 des Diffusors nicht achsparallel, sondern senkrecht dazu verlaufen. Der Diffusor ist somit aus einem Stapel ringförmiger und in etwa kegeliger Scheiben 57 und 59 aufgebaut, die durch Zwischenstücke 60 und 61 auf Abstand gehalten werden. Der in Anbetracht der unterschiedlichen Massenverhältnisse der Gasmischung in einem am gewünschten Isotop angereicherten Anteil strömt in die vertikalen an den Diffusorstapel angeschlossenen Sammelkanäle 58 und von dort zu den Abführungsstutzen 22 des ringförmigen Gehäuses 19. Die Räume 62 zwischen den Scheiben 59 und 57 sind im Bereich der Sammelkanäle 58 durch Zwischenstücke 60 geschlossen - siehe linke Seite der Fig. 9. Das sich in diesen Räumen sammelnde abgereicherte Gemisch strömt in den Sektoren 63 zwischen den Kanälen 58 in den ringförmigen Sammelraum 64 und von dort zum Austrittsstutzen 23. Dazu sind dort die im Bereich der Kanäle 58 geschlossenen Zwischenräume offen, die jeweils benachbarten Zwischenräume 65 dagegen durch Abstandsstücke 61 verschlossen - siehe rechte Seite der Fig. 10, die einen Schnitt entlang der Linie X-X von Fig. 9 darstellt. Die Abstandsstücke 60 und 61 können dabei an die Scheiben 57 bzw. 59 angearbeitet sein oder auch gesonderte Bauteile darstellen, die erst beim Zusammenbau der Vorrichtung eingesetzt werden.This device can also be modified according to FIGS. 9 and 10 so that the deflection edges 56 of the Diffuser do not run parallel to the axis, but perpendicular to it. The diffuser is thus from a stack ring-shaped and approximately conical disks 57 and 59, which are spaced apart by spacers 60 and 61 being held. Considering the different mass ratios of the gas mixture in one The proportion enriched in the desired isotope flows into the vertical collecting channels connected to the diffuser stack 58 and from there to the discharge nozzle 22 of the annular housing 19. The spaces 62 between the Disks 59 and 57 are closed in the area of the collecting channels 58 by spacers 60 - see left The depleted mixture that collects in these spaces flows into the sectors 63 between the channels 58 in the annular collecting space 64 and from there to the outlet nozzle 23. These are there the interspaces closed in the region of the channels 58 are open, the respective adjacent interspaces 65 on the other hand closed by spacers 61 - see right side of FIG. 10, which is a section along the line X-X of FIG. The spacers 60 and 61 can be worked onto the disks 57 and 59 or represent separate components, which are only used when assembling the device.

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Zusammenfassend ist zu sagen, daß die konzentrische Anordnung von Düsen und Diffusoren in beiden Vorrichtungs varianten die Zentrierung und gegenseitige Zuordnung sehr erleichtert und allseits gleichmäßige Strömungs-Verhältnisse schafft. Gleichwohl wäre es natürlich möglich, auch andere Querschnittsformen, also z.B. nur Segmente zu wählen. Letztere Formen bieten sich insbesondere für Dimensionierungsversuche zur Ermittlung der günstigsten Verhältnisse für das jeweils geplante Anreicherungsverfahren an.In summary, the concentric arrangement of nozzles and diffusers in both devices variants make the centering and mutual assignment much easier and the flow conditions are uniform on all sides creates. Nevertheless, it would of course be possible to use other cross-sectional shapes, e.g. only choose segments. The latter forms are particularly suitable for dimensioning tests for determination the most favorable conditions for the planned enrichment process.

7 Patentansprüche
10 Figuren7 claims
10 figures

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Claims (7)

PatentansprücheClaims 1. Vorrichtung zur isotopenselektiven Bestrahlung und adiabatischen Entspannung von gasförmigen Isotopengemischen, die auch mit Zusatzgasen aktiver oder neutraler Art versetzt sein können, mit einer auf eine entsprechende Frequenz abgestimmten kohärenten elekcromagnetischen Strahlungsquelle, vorzugsweise eines Lasers, zwecks Anreicherung des einen Isotopes in der Isotopenmischung, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus einer Vielzahl auf einer gedachten Zylinderfläche achsparallel zueinander angeordneten radial gerichteten Schlitzdüsen (2) besteht, in einem Gehäuse (16,19) mit einer zentralen Gaseintrittsöffnung (20) und wenigstens einer Gasaustrittsöffnung (11,21,22,23) konzentrisch zu einer durch ein Strahlenfenster (13) eintretenden, einen Zylindermantel um die Schlitzdüsen bildenden Strahlungsbereich angeordnet ist und wiederum konzentrisch dazu eine Vielzahl von Diffusoren (5) vorgesehen ist.1. Device for isotope-selective irradiation and adiabatic relaxation of gaseous isotope mixtures, which can also be mixed with additional gases of an active or neutral type, with one on one corresponding frequency tuned coherent electromagnetic Radiation source, preferably a laser, for the purpose of enriching one isotope in the Isotope mixture, characterized in that a plurality of them are arranged axially parallel to one another on an imaginary cylinder surface radially directed slot nozzles (2) in a housing (16, 19) with a central gas inlet opening (20) and at least one gas outlet opening (11,21,22,23) concentric to one through a Radiation window (13) entering, a cylinder jacket around the slot nozzles forming radiation area is arranged and in turn a plurality of diffusers (5) is provided concentrically therewith. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch g e kennzeich net, daß die Schlitzdüsen in axialer Richtung gesehen aus mehreren Einzellängen bestehen, die über Paßstifte und Zentrierringe (26 und 25) gegenseitig gehaltert und ausgerichtet sind.2. Apparatus according to claim 1, characterized g e characterizing net that the slot nozzles, viewed in the axial direction, consist of several individual lengths exist, which are mutually supported and aligned via dowel pins and centering rings (26 and 25). 1 300U/081 3 ORIGINAL INSPECTED1 300U / 081 3 ORIGINAL INSPECTED - 2 - VPA 79 P S 3 5 6 BRD- 2 - VPA 79 P S 3 5 6 BRD 3. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichne t, daß die Diffusoren (52) aus einer Vielzahl von gestapelten ringscheibenförmigen Einzelelementen aufgebaut und durch federnde Abstandselemente (4,5) sowie Spannelemente (8,7,9,6) in ihrer gegenseitigen Lage ^in- bzw. nachstellbar sind.3. Device according to claims 1 and 2, characterized in that the Diffusers (52) constructed from a multiplicity of stacked individual elements in the form of annular disks and by resilient spacer elements (4,5) and clamping elements (8,7,9,6) in their mutual position ^ in or are adjustable. 4. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2,4. Device according to claims 1 and 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Diffusoren (52) mit ihren öffnungen achsparallel zu den Schlitzdüsen (2) angeordnet sind.characterized in that the openings of the diffusers (52) are axially parallel to the Slot nozzles (2) are arranged. 5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch g e kennzeichnet, daß die Diffusoren (52) als Einzelelemente mit seitlichen Abständen (54) aufgebaut, mit Spannringen (55) zusammengehalten und im Gehäuse (19) zentriert eingesetz sind.5. Apparatus according to claim 4, characterized in that the diffusers (52) constructed as individual elements with lateral spacings (54), held together with clamping rings (55) and in the Housing (19) are inserted centered. 6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet , daß die Einzelelemente (52) aus zwei an ihrer radialen Außenseite miteinander verbundenen, gegenüber den Schlitzdüsen (2) offenen und die aus den Düsen austretenden Gasströmungen ablenkenden Wänden besteht und der von diesen Wänden begrenzte Raum über öffnungen (24) im Gehäuse (19) mit den Austrittsöffnungen (21 und 22) in Verbindung steht. 6. Apparatus according to claim 5, characterized that the individual elements (52) consist of two interconnected on their radial outside, open to the slot nozzles (2) and deflect the gas flows emerging from the nozzles Walls and the space bounded by these walls is connected to the outlet openings (21 and 22) via openings (24) in the housing (19). 1300U/08131300U / 0813 - 3 - VPA 79 P 9 3 5 6 BRD- 3 - VPA 79 P 9 3 5 6 BRD 7. Vorrichtlang nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß das Gehäuse (16,19) für den Eintritt der im Querschnitt ringförmigen Strahlung (15) mit einem Fenster (13) sowie in seinem Inneren mit diesen reflektierenden Spiegeln (14) versehen ist.7. Vorrichtlang according to claim 1, characterized in that the housing (16,19) for the entry of the radiation (15), which is annular in cross section, with a window (13) and in its interior is provided with these reflective mirrors (14). 1300U/08131300U / 0813